Estudio computacional de la acilación enantio y regioselectiva del propanolol catalizada por lipasa B de Candida antártica. (2017)
Muchos medicamentos son compuestos racémicos, pero a nivel celular interactúan con un receptor quiral (proteína). Uno de los enantiómeros presenta la acción terapéutica, mientras que el otro puede tener efectos indeseados. Por lo tanto logar la síntesis selectiva de uno de los dos enantiómeros es de gran interés. Las reacciones enzimáticas son una alternativa limpia y ecológica para sintetizar medicamentos quirales enantioméricamente puros. Una mejor comprensión del proceso de selectividad de éstas reacciones tendrá impacto en el diseño de enzimas, en la industria farmacéutica, y finalmente en la calidad de vida de los pacientes que requieran este tipo de medicamentos. Las lipasas son una familia de enzimas altamente estables y activas en solventes orgánicos, ampliamente utilizadas en síntesis orgánica. En la naturaleza, las lipasas catalizan la hidrólisis de lípidos, pero se pueden usar para biotransformaciones que involucran al grupo carboxilo, tales como esterificación, transesterificación, per-hidrólisis y aminólisis.[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]. Reacciones de acilación de aminoalcoholes catalizadas por lipasa B de Candida antarctica (CAL-B) son estudiadas en el Grupo de Investigación en Bioquímica y Microbiología (GIBM) de la UIS [8, 9, 10]. El propranolol es un aminoalcohol secundario que se usa como antihipertensivo y que se vende como mezcla racémica. La CAL-B exhibe una alta enantioselectividad en reacciones de acilación de alcoholes secundarios pero no de propranolol. En una colaboración entre nuestro grupo de bioquímica teórica con el GIBM, iniciamos el estudio de la reacción de acilación del propranolol catalizada por CAL-B aplicando un enfoque computacional y experimental. Computacionalmente nos enfocamos en el estudio de las interacciones entre el sustrato y la enzima. Esta propuesta de investigación continúa este trabajo. Nuestros resultados de dinámica molecular muestran que el enantiómero S forma fácilmente complejos de ataque cercano en comparación con el enantiómero R, lo que indica que habría una mayor probabilidad de que este enantiómero sea transformado en producto. Sin embargo, los resultados de las simulaciones con un análogo del estado de transición, el enantiómero R del propranolol forma un puente de hidrógeno adicional, el cual es estable durante la simulación, lo que estabiliza energéticamente a este enantiómero, en esta etapa de la reacción [11]. Estos resultados podrían explicar la mediana enantioselectividad observada experimentalmente [10], ya que en una etapa de la reacción (formación de los complejos de ataque cercano o complejos de Michaelis) se favorece la transformación del enantiómero S y en la siguiente etapa (estado de transición) se favorece la transformación del enantiómero R; es decir ambos enantiómeros pueden ser transformados. De acuerdo con estos resultados preliminares es claro que para lograr una buena comprensión de esta reacción se requiere más investigaciones, en particular considerar el efecto de la entropía que puede contrarrestar los efectos energéticos [12, 13, 14, 15, 16, 17, 18]. Cinéticamente hablando la velocidad de transformación de cada enantiómero depende de la energía libre de activación; es decir, depende de la entalpía y la entropía. En algunos casos se ha encontrado que los factores entrópicos son los responsables principales de la enantioselectividad observada [16]. Como se puede ver en la figura 1 (ver archivo anexo con figuras y ecuaciones), la molécula de propranolol tiene dos centros reactivos diferentes: un grupo -OH y uno -NH. En general ambos pueden ser acilados por lipasas [19]. Sin embargo, nuestros resultados experimentales y computacionales preliminares (ausencia de formación de complejos reactivos con el grupo NH) muestran que el grupo OH es el único que es acilado. Por tal razón, proponemos investigar detalladamente el rol de la entropía en la enantioselectividad de la acilación del grupo OH del propranolol catalizada.